Что такое геотропизм в биологии

Что такое геотропизм или гравитропизм?

geotropismo это влияние силы тяжести на движение растений. Геотропизм происходит от слов «гео», что означает землю, и «тропизм», что означает движение, спровоцированное стимулом (Öpik & Rolfe, 2005)..

В течение многих лет это явление вызывало любопытство ученых, которые исследовали, как это движение происходит в растениях..

Многие исследования показали, что разные участки растения растут в противоположных направлениях (Chen et al., 1999; Morita, 2010; Toyota & Gilroy, 2013)..

Наблюдалось, что сила тяжести играет фундаментальную роль в ориентации частей растения: верхняя часть, образованная стеблем и листьями, растет вверх (отрицательный гравитропизм), а нижняя зона состоит из корни, растут вниз в направлении силы тяжести (положительный гравитропизм) (Hangarter, 1997).

Эти гравитационные движения гарантируют, что растения выполняют свои функции должным образом.

Верхняя часть ориентирована на солнечный свет для проведения фотосинтеза, а нижняя часть ориентирована на дно земли, так что корни могут достигать воды и питательных веществ, необходимых для ее развития (Chen et al., 1999 ).

Как происходит геотропизм??

Растения чрезвычайно чувствительны к окружающей среде, они могут влиять на их рост в зависимости от сигналов, которые они воспринимают, например: свет, гравитация, осязание, питательные вещества и вода (Wolverton, Paya, & Toska, 2011).

обнаружение: восприятие силы тяжести осуществляется специализированными клетками, называемыми статоцистами.

Трансдукция и передача: физический стимул гравитации преобразуется в биохимический сигнал, который передается на другие клетки растения.

ответ: клетки реципиента растут таким образом, что создается кривизна, которая меняет ориентацию органа. Таким образом, корни растут вниз, а стебли вверх, независимо от ориентации растения (Masson et al., 2002, Toyota & Gilroy, 2013).

Рисунок 1. Пример геотропизма на растении. Обратите внимание на разницу в ориентации корней и стебля. Под редакцией: Кэтрин Брисеньо.

Геотропизм в корнях

Феномен наклона корня к гравитации изучен впервые много лет назад. В знаменитой книге «Сила движения у растений«Чарльз Дарвин сообщил, что корни растений имеют тенденцию расти к гравитации (Ge & Chen, 2016).

Гравитация обнаруживается на кончике корня, и эта информация передается в зону удлинения, чтобы сохранить направление роста.

Дарвин и Цизельский показали, что на кончике корней была структура, необходимая для возникновения геотропизма, эта структура называлась «шапка».

Они предположили, что колпачок был ответственен за обнаружение изменений в ориентации корней относительно силы тяжести (Chen et al., 1999).

Более поздние исследования показали, что в кепке есть специальные клетки, которые оседают в направлении силы тяжести, эти клетки называются статоцистами.

Статоцисты содержат структуры, похожие на камни, их называют амилопластами, потому что они полны крахмала. Плотно упакованные амилопласты оседают прямо на кончиках корней (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017, Wolverton et al., 2011).

Благодаря недавним исследованиям клеточной и молекулярной биологии, понимание механизма, управляющего корневой геотропией, улучшилось.

Было показано, что этот процесс требует транспорта гормона роста, называемого ауксином, указанный транспорт известен как полярный транспорт ауксина (Chen et al., 1999, Sato et al., 2017).

Это было описано в 1920-х годах в модели Чолодного-Вента, которая предполагает, что искривления роста обусловлены неравномерным распределением ауксинов (Öpik & Rolfe, 2005).

Геотропизм в стеблях

Похожий механизм встречается в стеблях растений, с той разницей, что их клетки по-разному реагируют на ауксин.

В побегах стеблей увеличение локальной концентрации ауксина способствует росту клеток; обратное происходит с клетками корня (Morita, 2010; Taiz & Zeiger, 2002).

Дифференциальная чувствительность к ауксину помогает объяснить первоначальное наблюдение Дарвина о том, что стебли и корни реагируют противоположно гравитации. Как в корнях, так и в стеблях, ауксин накапливается в направлении силы тяжести, на нижней стороне.

Разница в том, что стволовые клетки реагируют противоположно на корневые клетки (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

В корнях расширение клеток сдерживается на нижней стороне и создается искривление в направлении силы тяжести (положительный гравитропизм).

В стеблях ауксин также накапливается на нижней стороне, однако расширение клеток увеличивается и приводит к искривлению стебля в направлении, противоположном гравитации (отрицательный гравитропизм) (Hangarter, 1997; Morita, 2010; Zeiger, 2002).

Источник

Геотропизм или загадка роста растений

Наблюдая окружающий нас растительный мир, можно заметить много удивительных особенностей, общих для большинства его представителей. Например, то, что ростовые процессы в растениях осуществляются по определенным правилам. Рост корневой системы происходит в направлении к центру Земли, а основной стебель развивается в противоположную сторону, благодаря чему растения занимают вертикальное положение.

Каждый отдельно взятый растительный организм использует собственные ростовые процессы для наиболее удобного и безопасного расположения в окружающем пространстве. Поэтому направление роста определенных частей растения связано с односторонним направленным действием различных раздражителей окружающей среды (сила гравитации, световое излучение, химические факторы и пр.). Это биологическое явление получило название тропизм (от греч. τροπος – направление, поворот).

Различают такие типы тропизма у растений:

— геотропизм или гравитропизм – движение, рост в ответ на действие гравитации;

— апогеотропизм – отрицательный геотропизм;

— экзотропизм – продолжение роста «вовне», т. е. в ранее установленном направлении;

— гелиотропизм – суточное движение или сезонное движение частей растения в ответ на направление солнца (например, подсолнечника) и афелиотропизм – отрицательный гелиотропизм;

— фототропизм – движение или рост в ответ на световой раздражитель, а также апототропизм – отрицательный фототропизм;

— гидротропизм – движение или рост в ответ на воду и гигротропизм – движение или рост в ответ на влагу или влажность (у растений корневая система ощущает изменения влажности в почве и сигнализирует об этом, вызывая клеточные преобразования, которые заставляют корень искривляться к области повышенной влажности);

— аэротропизм – рост растений по направлению к источнику кислорода или от него;

— термотропизм – движение или рост в ответ на направленное температурное воздействие;

— магнитотропизм – движение или рост растения под действием магнитного поля;

— электротропизм – движение или рост в ответ на действие источника электрического поля;

— хемотропизм – движение или рост в ответ на химическое воздействие;

— тигмотропизм – движение или рост растения в ответ на прикосновение.

Если направление роста совпадает с направлением действия влияющего фактора, то явление тропизма называется положительным, а если рост происходит в прямо противоположном направлении, то имеет место отрицательный тропизм.

Геотропизм присущ всем высшим и многим низшим растениям. Впервые способность растений занимать вертикальное положение в пространстве была доказана Чарльзом Дарвином. Согласно его наблюдениям центральные корни растений развиваются в направлении действия силы земного притяжения, стремясь достичь влаги в глубинных слоях почвы. А стебли и побеги – наоборот, растут в противоположную сторону, навстречу теплу и свету солнечных лучей, преодолевая гравитацию. В первом случае наблюдается явление положительного геотропизма, во втором – отрицательного.

Геотропизм – это реакция растительного организма на силу гравитации, земного притяжения, которая определяет положение растений в пространстве. Существование геотропизма доказывает простой опыт: если растущее в горшке растение расположить горизонтально, то спустя непродолжительный отрезок времени в его растущих точках можно наблюдать изменения направления роста. Растущая часть стебля совершит поворот на 90° вверх, демонстрируя отрицательный геотропизм.

У прорастающего в темноте семени, независимо от ориентации его в пространстве, также происходит направленный рост зародышевого корешка в сторону действия силы тяжести, и в противоположную ему – у проросткового побега. Не менее показателен геотропизм растений на примере растущих вдоль горных склонов деревьев. Их стволы расположены не перпендикулярно к поверхности, а вдоль направления действия гравитационной силы. Геотропизм является неотъемлемой частью роста растений, ориентируя их положение для максимального контакта с солнечным светом, а также обеспечивая правильное направление роста корней.

Как и все типы тропизма, геотропизм происходит в результате четырех последовательных действий. Первое из них – это восприятие растением источника полезного ему стимулирующего воздействия гравитации (света, тепла, влаги и пр.). Затем происходит преобразование полученного сигнала, в результате которого гормоны роста ауксины, находящиеся в растущих частях растения, перераспределяются в его клетках. Четвёртый, заключительный этап: отображение произошедших действий на самих ростовых процессах. Рост за счет геотропизма обусловлен изменениями концентрации гормона роста ауксина в растительных клетках.

Изменение направления роста корня под действием силы земного тяготения происходит в ответ на информацию, полученную с помощью статолитов – особых органелл, расположенных в клетках на кончике корня. Статолиты также находятся в энтодермическом слое гипокотиля, стебля и соцветия. Геотропический сигнал приводит к перераспределению ауксина, известному как полярный перенос ауксина таким образом, чтобы вызвать дифференциальный рост, приводящий к искривлению корня (или стебля).

Полный процесс этого взаимодействия был описан в 1920-х годах ученым Киевского университета Н. Холодным (1927 г.) и Фрицем Вентом из Калифорнийского технологического института (1928 г.).

Источник

Что такое геотропизм в биологии

Геотропизм

После того как мы рассмотрели многообразие влияний света на растения, обратимся теперь к тому источнику раздражений, который мы не можем ни увидеть, ни услышать, ни понюхать, ни попробовать на вкус, ни потрогать, но все-таки чувствуем. Сила его воздействия на Земле повсюду в общем одинакова, поэтому он, как правило, не особенно приметен. Но наряду со светом он представляет собой основной фактор, определяющий положение растений в пространстве. Конечно, вы уже догадались, что речь идет об ускорении силы тяжести (g=981,56 см/с 2 ). Большое значение силы тяжести для организмов было выявлено особенно благодаря колоссальному прогрессу в области космических полетов и исследования космоса. Как раз поведение живых существ, не подвергающихся действию силы тяжести (невесомость), позволяет судить об эффективности этого фактора, проявление которого не может быть произвольно исключено на Земле.

Рис. 24. Направление роста стволов деревьев на горных склонах, обусловленное отрицательным геотропизмом

Плагиотропизмом обладают прежде всего боковые корни 1-го порядка, боковые ветви и листья, тогда как корневища (подземные побеги) многих растений обнаруживают поперечный геотропизм. Если придать ненормальное положение дорзивентральным органам, таким, как листья или цветки, то они могут вернуться в изначальное положение благодаря изгибанию (геотропному повороту) черешков или цветоножек. А боковые корни 2-го порядка и боковые ветви плакучих форм деревьев вообще не обладают геотропизмом. Достаточно вспомнить вавилонскую иву (Salix babylonica).

На 50-й день опыта мы поставили вазон с растением донышком вниз, а днем позже олиственная часть побега снова оказалась изогнутой. При этом особенно хорошо было видно, что стебель сначала изгибался более чем на 90°, и лишь постепенно происходил обратный изгиб, приводивший его в строго вертикальное положение. Такие проявления колебательных движений некоторые исследователи называют автотропизмом. Через 50 или 100 суток после начала опыта мы повторно располагали растение горизонтально, и его стебель снова и таким же образом проявлял отрицательный геотропизм. Из-за увеличения собственного веса растения второй вертикальный отрезок его стебля довольно заметно отклонился от положения, в котором оказался первый отрезок. Во время опыта, продолжавшегося более 112 суток, произошли не только изгибания стебля вследствие усиления роста на его нижней стороне, но и другие процессы. Примечательны деление, растяжение и дифференцировка клеток, связанные с удлинением стебля и новообразованием листьев. Следует упомянуть также образовавшиеся в пазухах листьев боковые побеги, которые в нашем опыте частично были удалены. Наконец, следует отметить и опадание старых листьев.

Рис. 25. Изгиб зародышевого корешка у Viсia sativa при центрифугировании. Направление, в котором растет корешок, совпадает с направлением равнодействующей (р) силы земного притяжения (п) и центробежной силы (ц)

Рис. 26. Геотропизм и эпинастия у Coleus blumei. При нормальном положении растения геотропизм и эпинастия действуют в противоположных направлениях (а и б). У горизонтально расположенного растения, медленно вращающегося в клиностате вдоль своей продольной оси, изгиба не происходит (в); эпинастия листьев больше не уравновешивается отрицательным геотропизмом (г)

Как при фототропизме, так в определенных пределах и при геотропизме безразлично, действует ли сильный раздражитель в течение короткого времени или слабый, но соответственно дольше. Решающее значение имеет количество раздражения. Эта пропорциональная взаимозависимость количества раздражения и величины ответной реакции свидетельствует о применимости закона количества раздражения к процессам, обусловленным геотропизмом.

Существенное значение для интенсивности действия силы тяжести на какой-либо орган имеет его положение в данный момент. Уже Саксу было известно, что главный корень, обращенный вниз, то есть занимающий нормальное положение, не испытывает раздражения, но находясь в горизонтальном положении, он подвергается максимальному раздражению. Как показали обстоятельные исследования, интенсивность воздействия зависит от положения органа или от синуса угла его отклонения от нормального положения. Если разложить g на направленную параллельно оси органа продольную силу l и перпендикулярно направленную к ней компоненту к (рис. 27), то получится следующее уравнение: k = g*sin α.

Рис. 27. Схематическое изображение проявления закона синуса: влияние силы тяжести (g) на корни (W), находящиеся в разных положениях. Действующая компонента силы тяжести примерно равна g*sin α

Для восприятия света растения имеют пигменты. А как происходит восприятие раздражения, обусловливающего геотропизм? Сначала следует отметить, что восприятие раздражения ограничено определенными участками органов растения. У корней это калиптра (корневой чехлик). Подопытными объектами часто служат злаки, например ячмень (Hordeum) или кукуруза (Zеа), у которых корневой чехлик легко отделяется. В результате его удаления рост корня в длину едва замедляется или даже усиливается, но корень утрачивает способность осуществлять геотропные ответные реакции. Только после регенерации корневого чехлика возможность их осуществления восстанавливается. У колеоптилей область проявления ответных реакций ограничена самой верхушкой (участок длиной около 3 мм). Наконец, следует еще упомянуть о стеблях, у которых к геотропным реакциям способны, вероятно, лишь удлиняющиеся участки всех продолжающих рост растений.

Кроме крахмальных зерен, статолитами, по-видимому, могут служить блестящие тельца, кристаллы белка, хлоропласты, митохондрии и другие структуры. Блестящие тельца обнаруживаются в кончиках одноклеточных ризоидов Сharа. Эти клетки прозрачны и совершенно не восприимчивы к свету, поэтому геотропные ответные реакции легко наблюдать, используя микроскоп. Блестящие тельца имеют высокий удельный вес и состоят, вероятно, из сульфата бария. При вертикальном положении ризоида, то есть при нормальных условиях, они лежат в центре ризоида несколько выше его кончика, и пузырьки Гольджи могут беспрепятственно доходить до растущего кончика (рис. 28, б). Предполагают, что цитоплазма, находящаяся близ кончика, имеет иную консистенцию, чем в других частях ризоида. Если же расположить ризоид горизонтально, то статолиты перекрывают пузырькам Гольджи путь к физически нижней стороне. На физически верхней стороне, у которой при этом пузырьки Гольджи как раз и собираются, происходит искривление (рис. 28, в). Таким образом, действие блестящих телец основано на топографическом эффекте. Если переместить статолиты из кончика ризоида в сторону его основания, то исчезнет способность к геотропной ответной реакции. Лишь после восстановления положения блестящих телец ризоиды Сharа снова станут чувствительными к действию силы тяжести. Следовательно, у этого объекта мы имеем дело с почти полной моделью цепи раздражений, обусловливающих проявление геотропизма.

Рис. 29. Вызванное геотропизмом перемещение ауксина в колеоптилях (числа показывают относительное содержание ауксина в агаровых блоках). Горизонтальное положение колеоптилей приводит к асимметричному распределению ауксина (г-е)

У корней эти явления труднее объяснимы, чем у стеблей. В принципе геотропные ответные реакции и здесь можно было бы объяснить поперечным передвижением ауксина под влиянием силы тяжести. Поскольку корни в сравнении со стеблями значительно чувствительнее к ауксину, та сторона органа, где ауксина меньше, растет сильнее. Поэтому горизонтально лежащий корень изгибается в отличие от стебля вниз. Но, к сожалению, эта простая гипотеза экспериментально совсем не подтверждена. Поперечное передвижение ауксина обнаруживается только около кончика корня. Оно пропадает, если удалить корневой чехлик. А зона изгиба корня находится несколько выше его кончика. В проведении возбуждения ауксин тоже не участвует, так как оно распространяется от кончика корня к зоне растяжения, в то время как ауксин движется в противоположном направлении, к кончику. Как показали последние исследования, восприятие земного притяжения вызывает поперечное перемещение к нижней стороне органа какого-то задерживающего рост вещества. Продольное передвижение такого вещества, осуществляющееся преимущественно от верхушки к основанию, тоже еще должно быть доказано.

Источник

Значение слова геотропизм

Геотропизм в словаре кроссвордиста

геотропизм

Геотропизм Геотропи́зм, или гравитропи́зм (в физиологии растений) — способность различных органов растения располагаться и расти в определённом направлении по отношению к центру земного шара. Всем известно, что стебель растёт вверх, а корень вниз.

Новый словарь иностранных слов

Словарь иностранных выражений

Словарь русского языка Лопатина

Современный толковый словарь, БСЭ

Большая советская энциклопедия, БСЭ

Полный орфографический словарь русского языка

Тропизмы возникают под действием света (фототропизм), силы тяжести ( геотропизм ), влажности (гидротропизм), химических веществ (хемотропизм), тепла (термотропизм) и др.

Различие правого и левого, переднего и заднего наивный человек легко преодолевает, но не так легко преодолевает он различия верха и низа, вследствие сопротивления, которое оказывает в этом отношении геотропизм » [52].

В горизонтально лежащем стебле ауксин скапливается в нижней части, что приводит к усилению роста этой части стебля и его изгибу вверх (положительный геотропизм ); в горизонтально расположенном корне ауксин концентрируется также в нижней части, но при его избытке рост клеток корня, чувствителен к ауксину, затормаживается, в результате чего корень изгибается вниз (отрицательный геотропизм ).

Источник

В чем разница между фототропизмом и геотропизмом

Основное различие между фототропизмом и геотропизмом является то, что фототропизм является ростом растений к свету, тогда как геотропизм является ростом растений по отношению к гравитации. Кроме того, стебель растений демонстрирует положительный фототропизм, а корень растения — положительный геотропизм.

Содержание

Ключевые термины

Ауксин, Геотропизм, Гравитация, Свет, Фототропизм, Корень, Стебель

Разница между фототропизмом и геотропизмом

Что такое фототропизм

Фототропизм — это рост растения в ответ на свет. Здесь ауксин отвечает за направленный рост частей растений в ответ на свет. Он регулирует удлинение недавно дифференцированных клеток на кончиках ствола и корня. В стебле фототропизм представляет собой тип положительного тропизма, участвующего в росте стебля к свету. Обычно, когда растение получает направленный солнечный свет, ауксин имеет тенденцию собираться на затененной стороне в кончике стебля. Это приводит к более выраженному удлинению клеток на затененной стороне по сравнению с ослепляющей стороной, которая, в свою очередь, сгибает кончик стебля к источнику света.

Однако корень растения демонстрирует отрицательный фототропизм, поскольку он растет от источника света. Это происходит из-за концентрации ауксиновых клеток в нижнем боковом корне, вытягивающих эти клетки для роста в почву.

Что такое геотропизм

Геотропизм — это рост части растения в ответ на гравитацию. Ауксин также является гормоном, ответственным за геотропизм. В верхушке корня ауксин концентрируется в нижних клетках. Это позволяет клеткам на кончике корня удлиняться, вращивая корень в почву, в направлении силы тяжести. Поэтому корень показывает тип положительного геотропизма.

Сходства между фототропизмом и геотропизмом

Разница между фототропизмом и геотропизмом

Определение

Фототропизм относится к ориентации растения или другого организма в ответ на свет, в то время как геотропизм относится к росту частей растений в ответ на силу тяжести. Таким образом, в этом главное отличие фототропизма от геотропизма.

Стимул

Стимулом, вовлеченным в фототропизм, является свет, в то время как стимулом, вовлеченным в геотропизм, является гравитация.

Положительный Тропизм

Другое различие между фототропизмом и геотропизмом заключается в том, что стебель растения демонстрирует положительный фототропизм, в то время как корень растения демонстрирует положительный геотропизм.

Отрицательный Тропизм

Кроме того, корень растения показывает отрицательный фототропизм, в то время как стебель растения показывает отрицательный геотропизм. Следовательно, это еще одно различие между фототропизмом и геотропизмом.

Важно

Кроме того, еще одно различие между фототропизмом и геотропизмом состоит в том, что фототропизм позволяет растениям получать больше света, как того требует фотосинтез, в то время как геотропизм позволяет растению искать больше воды и источников питательных веществ.

Заключение

Источник